Дэвид Иглмен
Мозг: Ваша личная история
Мы ошибаемся, считая, что зрение не требует усилий
Зрение кажется таким естественным, что нам трудно осознать, какие усилия прилагает мозг для его обеспечения. Чтобы приоткрыть завесу тайны над этим процессом, я полетел в город Ирвайн, штат Калифорния. Мне захотелось увидеть, что происходит с моей зрительной системой, когда она не получает ожидаемых сигналов.
Доктор Алисса Брюэр из Калифорнийского университета исследует степень адаптируемости мозга. Она снабжает участников эксперимента призматическими очками, которые меняют местами левую и правую сторону окружающего мира, и изучает, как справляется с этой ситуацией зрительная система.
Ясным весенним днем я надел призматические очки. Мир перевернулся – предметы, которые находились от меня справа, теперь казались расположенными слева, и наоборот. Когда я пытался определить, где стоит Алисса, зрительная система говорила мне одно, а слух – другое. Мои ощущения не совпадали. Когда я протягивал руку, чтобы взять какой-то предмет, изображение руки не совпадало с положением, на которое указывали мышцы. После двух минут в очках я взмок от пота и почувствовал тошноту.
Призматические очки переворачивают окружающий мир, так что становится чрезвычайно трудно выполнить простые действия, например налить воду в чашку, взять предмет или пройти в дверь, не стукнувшись о косяк.
Мои глаза функционировали и передавали информацию об окружающем мире, но поток визуальных данных не согласовывался с другими потоками данных. Это стало огромной нагрузкой для мозга. Словно я заново учился видеть.
Я знал, что трудности, связанные с ношением очков, – явление временное. Другой участник эксперимента, Брайан Бартон, не снимал призматические очки уже неделю. И похоже, его не мучила тошнота. Чтобы сравнить наши уровни адаптации, я вызвал его на кулинарный поединок. Мы должны были разбить яйца в миску, высыпать туда смесь для кексов, размешать тесто, разлить по формочкам и поставить в духовку.
Поединок вышел неравным: кексы Брайана, извлеченные из духовки, были абсолютно нормальными, а бо́льшая часть моего теста засохла на столе или размазалась по противню. Брайан без особого труда ориентировался в окружающем мире, тогда как я оставался практически беспомощным. Мне приходилось сознательно управлять каждым движением.
Очки позволили мне почувствовать необходимые для обработки зрительной информации усилия, которые мы обычно не замечаем. Утром, до того как я надел очки, мой мозг мог воспользоваться многолетним опытом взаимодействия с окружающим миром. Но после простого переворачивания сенсорного сигнала прошлый опыт оказался бесполезным.
Я знал: чтобы сравняться в ловкости с Брайаном, мне понадобится еще несколько дней взаимодействия с окружающим миром – протягивать руку и брать предметы, следить за тем, откуда доносятся звуки, обращать внимание на положение рук и ног. Попрактиковавшись, мой мозг привыкнет к противоречивым сигналам от органов чувств точно так же, как за семь дней привык мозг Брайана. Мои нейронные сети научатся понимать, как разные потоки данных, поступающие в мозг, соотносятся с другими потоками данных.
Брюэр сообщает, что через несколько дней, проведенных в очках, у людей развивается внутреннее чувство, позволяющее отличить новые «лево» и «право» от старых. Через неделю испытуемые уже нормально двигаются, как Брайан, и забывают о новых и старых «лево» и «право». Их пространственная карта мира меняется. Через две недели они могут без труда читать и писать, ходят и берут предметы так же ловко, как и люди без очков. За такой короткий промежуток времени они справляются с перевернутым потоком информации.
Мозгу безразличны подробности ввода данных; он просто стремится определить, как наиболее эффективно ориентироваться в окружающем мире и получать то, что ему нужно. Вся тяжелая нагрузка по обработке сигналов низкого уровня приходится на его долю. Если вы наденете призматические очки, вам придется выполнять эту работу самому, и тогда вы поймете, сколько энергии тратит мозг, чтобы зрение казалось естественным и не требующим усилий.
Синхронизация чувств
Итак, мы видели, что мозгу для формирования восприятия необходимо сравнивать друг с другом разные потоки сенсорных данных. Однако есть один аспект, который превращает такое сравнение в настоящее достижение, – это синхронизация. Все потоки сенсорных данных – зрение, слух, осязание и т. д. – обрабатываются мозгом с разной скоростью.
Представьте спринтеров на беговой дорожке. Зрителю кажется, что они срываются с места в момент выстрела стартового пистолета. Но происходит это не мгновенно: просмотрев старт в замедленном темпе, вы заметите довольно большую задержку между выстрелом и началом движения – почти две десятые секунды. (На самом деле если бегуны стартуют раньше, их дисквалифицируют за фальстарт.) Спортсмены тренируются, чтобы сделать эту задержку как можно меньше, серьезным препятствием на этом пути становится биология человека: мозг должен зарегистрировать звук, послать сигналы в моторную зону коры, а затем по спинному мозгу к мышцам тела. В спорте, где победу от поражения могут отделять сотые доли секунды, эта реакция кажется на удивление медленной.
Спринтеры быстрее стартуют по звуковому сигналу (нижний снимок), чем по световому (верхний снимок).
Можно ли уменьшить задержку, если вместо звукового сигнала использовать, например, вспышку? В конце концов, свет распространяется быстрее звука – не позволит ли это бегунам стартовать быстрее?
Я пригласил знакомых спринтеров, чтобы проверить свое предположение. На верхнем снимке мы стартуем по вспышке света, на нижнем – по звуку стартового пистолета.
Мы медленнее реагируем на свет. На первый взгляд это нелогично, если учесть скорость света во внешнем мире. Но, если мы хотим понять, что происходит, необходимо рассмотреть скорость обработки информации в мозгу. Зрительные данные подвергаются более сложной обработке, чем слуховые. Сигналам, несущим зрительную информацию, требуется больше времени, чтобы пройти через зрительную систему, чем сигналам от выстрела, чтобы пройти через слуховую систему. На свет мы способны среагировать за 190 миллисекунд, а на звук – всего за 160 миллисекунд. Вот почему в спорте используют стартовый пистолет.
А вот тут начинаются странности. Мы только что убедились: мозг обрабатывает звуковые сигналы быстрее световых. Теперь внимательно проследите, что происходит, когда вы хлопаете в ладоши. Попробуйте. Изображение и звук синхронизированы. Как это может быть, если звук обрабатывается быстрее? Значит ли это, что ваше восприятие реальности в конечном счете является результатом хитрого редактирования: мозг скрывает разницу во времени поступления сигналов? Каким образом? То, что мы считаем реальностью, на самом деле является задержанной версией. Мозг собирает всю информацию от органов чувств, а затем рисует картину происходящего.
Сложная синхронизация характерна не только для слуха и зрения: для обработки каждого типа сенсорной информации требуется разное время. Например, сигналам от большого пальца ноги требуется больше времени, чтобы дойти до мозга, чем сигналам от носа. Но восприятие от этого не нарушается. Сначала вы собираете все сигналы, и поэтому все выглядит синхронизированным. В результате получается странная ситуация: вы живете в прошлом. То, что вы считаете происходящим в данный момент, на самом деле уже давно прошло. Платой за синхронизацию данных, поступающих от органов чувств, является задержка сознательного понимания того, что происходит в материальном мире. Это непреодолимый лаг между событием и его сознательным восприятием.
Органы чувств отключаются, но шоу продолжается?
Наше восприятие реальности полностью конструируется мозгом. В его основе лежат потоки данных от органов чувств, но само восприятие от них не зависит. Откуда нам это известно? Все просто: если отключить органы чувств, реальность не исчезает. Она искажается.
В один из солнечных дней я приехал в Сан-Франциско и сел на катер, который повез меня через холодные воды залива к Алькатрасу, некогда знаменитой тюрьме на острове. Я собирался взглянуть на одну камеру, получившую название «Дыра». Нарушителей закона отправляли в Алькатрас. Нарушителей правил Алькатраса отправляли в Дыру.
Я вошел в камеру и закрыл за собой дверь. Размеры помещения – примерно три на три метра. Меня обступила кромешная тьма: сюда не проникал ни один фотон света. Звуки извне тоже полностью заглушались. Здесь вы оставались наедине с самим собой.
Как себя чувствует человек, запертый в камере на много часов или дней? Чтобы это выяснить, я побеседовал с бывшим заключенным, которого сюда помещали. Роберта Люка, осужденного за вооруженное ограбление, поместили в Дыру на двадцать девять дней за то, что он разгромил свою камеру. Люк так описывает свои впечатления: «Темная Дыра была плохим местом. Некоторые парни не выдерживали. Я имею в виду, что они попадали туда и через пару дней бились головой о стену. Неизвестно, как вы будете себя вести, когда окажетесь там. Лучше не пробовать».
В полной изоляции от внешнего мира, из которого не проникал ни звук, ни свет, глаза и уши Люка сигналов не получали, но его сознание не утратило представления об окружающем мире. Оно продолжало его конструировать. Вот как Люк описывает свои ощущения: «Я помню путешествия. Особенно полет на воздушном змее. Это было как наяву. Но все происходило только у меня в голове». Мозг Люка продолжал видеть.
Такие ощущения нередки для заключенных, сидящих в одиночных камерах. Другой человек, побывавший в Дыре, рассказывал, что перед его внутренним взором появлялось пятно света; он мог расширить это пятно, превратить его в экран и смотреть телевизор. Заключенные рассказывали, что, лишенные новой сенсорной информации, они не просто грезили наяву – их ощущения казались абсолютно реальными. Они не представляли образы, а видели их.
Подобные свидетельства указывают на характер связи между внешним миром и тем, что мы принимаем за реальность. Как понять, что происходило с Люком? В традиционной модели зрения восприятие является результатом обработки данных, которая начинается в глазах и заканчивается в некой таинственной конечной точке мозга. Однако, несмотря на простоту этой конвейерной модели зрения, она неверна.
На самом деле мозг создает собственную реальность, причем даже раньше, чем получает информацию от глаз и других органов чувств. Это называется внутренней моделью.
Мозг как город
Работа мозга, как и жизнь города, состоит из сетевого взаимодействия бесчисленных частей. Нередко возникает искушение приписать каждому участку мозга определенную функцию – «данный участок отвечает за это». Однако, несмотря на многолетние попытки построения такой схемы, работа мозга не может рассматриваться как сумма действий ряда строго очерченных модулей.
Мозг правильнее сравнивать с городом. Если, взглянув на город, вы спросите: «Где тут находится экономика?» – то поймете, что удовлетворительного ответа на этот вопрос не существует. Экономика возникает из взаимодействия всех элементов – от магазинов и банков до торговцев и покупателей.
То же самое можно сказать о работе мозга: она распределена. Как и в городе, все элементы в нем связаны. И в мозгу, и в городе все возникает в результате взаимодействия между жителями на всех уровнях, и локальных, и удаленных. В город поезда привозят материалы, которые обрабатываются экономическими субъектами, а в нашем теле первичные электрохимические сигналы от органов чувств доставляются по «автострадам» нейронов к мозгу. Там эти сигналы обрабатываются и превращаются в осознаваемую реальность.
Основу внутренней модели можно увидеть в анатомии мозга. Таламус расположен между глазами в передней части головы, а зрительная зона коры – в затылочной области. Бо́льшая часть сенсорной информации по пути в соответствующую зону коры проходит через таламус. Зрительная информация поступает в зрительную зону коры, и поэтому туда от таламуса идет огромное количество связей. Удивительно другое: количество связей, идущих в обратном направлении, в десять раз больше.
Подробное представление о мире – другими словами, «догадки» мозга о том, что там происходит, – передается от зрительной зоны коры в таламус. Затем таламус сравнивает эту информацию с той, которая поступает от глаз. Если ожидания оправдываются («когда я поверну голову, то увижу там стул»), то назад в зрительную систему уходит очень мало сигналов. Таламус просто сообщает о разнице между информацией от глаз и тем, что предсказала внутренняя модель мозга. Другими словами, в зрительную кору направляется лишь то, что не соответствует ожиданиям (мы также называем это «ошибкой»): то, что не было предсказано.
Зрительная информация поступает из глаз в латеральное коленчатое ядро, а затем в первичную зрительную зону коры (золотистый цвет). Как это ни странно, в десять раз больше связей передают информацию в обратном направлении (фиолетовый цвет).
Таким образом, в любой момент то, что мы принимаем за зрение, основано не столько на потоке света, попадающем в наши глаза, сколько на том, что уже находится у нас в голове.
Именно этим объясняются яркие зрительные ощущения Роберта Люка, сидевшего в абсолютно темной камере. Когда он был заперт в Дыре, его органы чувств не снабжали мозг новой информацией, и поэтому внутренняя модель ничем не корректировалась, в результате он видел яркие краски и слышал громкие звуки. Даже отрезанный от внешних данных, мозг продолжает генерировать собственные образы. Внешнего мира больше нет, но представление продолжается.
Чтобы почувствовать внутреннюю модель, не обязательно попадать в Дыру. Многие люди получают огромное удовольствие от камер сенсорной депривации – темных капсул, где они плавают в соленой воде. Избавляясь от якоря внешнего мира, они освобождают свой внутренний мир.
Кроме того, у каждого из нас имеется своя камера сенсорной депривации. Ночью во время сна перед вашими глазами проплывают необыкновенно живые и реалистичные зрительные образы. Глаза закрыты, но вы наслаждаетесь богатым и ярким миром снов, веря в реальность каждой мелочи.
Увидеть свои ожидания
Когда вы идете по улице, то узнаете все автоматически, без необходимости вдаваться в детали. Мозг делает предположения о том, что вы видите, на основе внутренней модели, которая создана на основе многолетнего опыта пребывания на улицах города. Весь ваш предыдущий опыт внес вклад в построение внутренней модели.
Вместо того чтобы с помощью органов чувств каждый раз заново создавать реальность с нуля, вы сравниваете сенсорную информацию с моделью, уже построенной мозгом: дополняете, уточняете, исправляете. Мозг так умело справляется с этой задачей, что обычно вы ничего на замечаете. Но иногда, при определенных условиях, вы можете наблюдать этот процесс.
Когда вы смотрите на обратную сторону пустотелой маски (справа), она кажется выпуклой. То, что мы видим, очень сильно зависит от наших ожиданий.
Возьмите пластмассовую маску вроде тех, что носят на Хеллоуин. Теперь поверните ее вогнутой стороной к себе. Вы знаете, что внутри у нее пусто, но все равно видите выпуклое лицо. То есть вы воспринимаете не данные, попадающие к вам через глаза, а внутреннюю модель – модель, которая всю вашу жизнь создавалась выпуклыми лицами людей. (Существует простой способ самостоятельно продемонстрировать иллюзию пустотелой маски: сделайте отпечаток лица в свежем снегу и сфотографируйте его. Изображение на снимке воспринимается мозгом как объемная, выпуклая скульптура из снега.)
Кроме того, именно внутренняя модель обеспечивает стабильность внешнего мира, даже когда вы двигаетесь. Представьте, что перед вами городской пейзаж, который вам хочется запомнить. Вы достаете сотовый телефон и снимаете видео. Но вместо того чтобы плавно вести камеру для панорамной съемки, вы начинаете двигать ее так, как двигаются ваши глаза. Вы этого не замечаете, но глаза совершают быстрые скачкообразные движения приблизительно четыре раза в секунду. Если бы вы точно так же снимали на камеру телефона, то скоро обнаружили бы, что ничего хорошего из этого не выходит: смотреть на дергающиеся кадры практически невозможно.
Но почему окружающий мир выглядит стабильным? Почему не дергается, как неумело снятое видео? Причина проста: внутренняя модель оперирует предположением, что окружающий мир стабилен. Глаза не похожи на видеокамеры – они просто выискивают дополнительные подробности для внутренней модели. Это не объективы, через которые вы смотрите наружу; они лишь собирают информацию для построения мира внутри вашего черепа.
